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4.2.3平面四杆机构的演化类型在线视频

4.2.3平面四杆机构的演化类型

下一节:4.3.1平面四杆机构有曲柄的条件

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4.2.3平面四杆机构的演化类型课程教案、知识点、字幕

在平面四杆机构中

铰链四杆机构是最基本的形式

当然我们根据两个连架杆的运动角色进行了划分

把平面四杆机构

的基本形式分为了三种

曲柄摇杆

双曲柄和双摇杆

那么这三种基本形式

针对的都是全转动副四杆机构

而在实际应用中

除了转动副之外

我们会在平面四杆机构中引入移动副

那么引入移动副之后

又会演化出其它的一些类型来

下面我们将讨论以平面铰链四杆机构为基础

通过不同的演化方式

衍生出不同的类型来

这样的演化

我们可以把它分成这样几种情况

第一种

通过改变构件的形状和运动尺寸

来衍生出不同的类型

第二个方面

我们可以改变运动副的尺寸

来衍生出实际应用的一些类型

第三种

以一个平面四杆机构为基础

通过选用不同构件作为机架

同样可以衍生出许多不同的类型来

我们先看第一种演化过程

通过改变构件的形状和运动尺寸

这是一个铰链四杆机构

我们以此为基础

对这个机构进行一个结构的转化

我们把右侧的连架杆和连杆连接的地方

把这个结构进行一个修改

我们让连杆连接在一个滑块上

这个滑块和一个圆弧形的导槽

形成一个运动副的连接

只要我们保证杆长是一致的这个圆弧的导槽

它的半径和右侧的连架杆的长度是一致的

那么这两个机构在运动过程中

它产生的运动是等效的

现在我们把右侧的连架杆长度增加

也就相当于这个弧形的倒槽的半径增加

当我们增加这个尺寸一直到无穷大

那么这个弧形的导槽

它的半径也就增加到无穷大之后

这个导槽就变成了一条直的导槽

也就衍生出了最右侧的这个机构

这个机构我们称之为曲柄滑块机构

所以

我们可以把曲柄滑块机构

看作是铰链四杆机构中一个连架杆的长度一直增加

并且增加到无穷大之后

演化出来的

这是它的演化过程

从最左边的曲柄摇杆机构

通过把一个连架杆长度增加到无穷大

而转化成一个曲柄滑块机构

曲柄滑块机构存在两种形式

第一种称为偏置的曲柄滑块

第二种称之为对心的曲柄滑块

这两种曲柄滑块它的区别在哪

从结构上我们可以看出

对心的曲柄滑块

滑块的中心

所在的导轨是通过曲柄的回转中心的

这叫对心

如果导轨所在的直线是没有过曲柄的回转中心

而是形成了一个相对的距离

也就是点到线的一个距离

我们称之为偏距

这个偏距的存在

使得曲柄滑块机构形成了偏置的曲柄滑块机构

结构上的变化

会导致这两种机构产生不同的运动特性

我们后面要具体分析不同的运动特性的时候

我们再回过头来看这两种机构的差别

这是曲柄滑块机构的运动效果

左边的是对心的曲柄滑块机构

而右边的是偏置的曲柄滑块机构

沿着这个思路

我们继续进行演化

我们以曲柄滑块机构为基础

通过改变另外一个杆长

让它趋近于无穷大

可以把曲柄滑块机构演化出正弦机构

左侧的这是一个曲柄滑块机构

我们把连杆和曲柄连接的地方进行一个变化

引入弧形的导槽

然后把这个弧形的导槽的半径

逐渐的增加

当这个弧形导槽的半径

增加到无穷大之后

那么这个弧形的导槽

变成了一个直的导槽

那么在最右边的这个机构中

就形成了两个移动副

连接形成的机构

这个机构我们称之为正弦机构

回过头来我们看这个演化过程

仍然是通过改变其中一个杆长

当这个杆长趋近于无穷大

这个机构的结构形式也就发生了一些变化

这是正弦机构的运动过程

这是缝纫机中间的一个下针的机构

它就是典型的一个正弦机构

除了前一种演化过程之外

我们来看第二种演化

取不同构件为机架

这是演化出不同机构的非常典型的一种方式

刚才我们通过改变杆长

有铰链四杆机构

得到了曲柄滑块机构

也就是左上角这样的机构

在这个机构中

是以与滑块通过移动副相连的这根杆为机架的

现在我们不改变这个机构的结构和连接关系

也不改变各个杆的长度

我们只是取不同的杆

不同的构件为机架

就可以衍生出其它的三种类型来

我们看右上的这个机构

它是取二号杆作为机架

这个机构

我们称之为摇块机构

为什么叫摇块机构

我们看这个滑块

它可能的运动

是通过一个转动副直接连接到机架上

由于这个转动副的约束

这个滑块只能做回转运动

因此这个滑块我们称为摇块

那么这个机构一侧连架杆是曲柄

另外一侧是一个摇块

所以我们把它称为曲柄摇块机构

我们继续轮换机架

以滑块作为机架

这样得到的机构

我们称之为定块机构

在摇块机构中

这个滑块是可以左右摇动的

而在定块机构中

由于滑块已经变成了机架

因此顾名思义

我们把它称之为定块机构

它还有一个名称

称为直动滑杆机构

四个构件中

我们继续轮换机架

以一号杆作为机架

得到了左下的这个机构

这个机构我们称之为导杆机构

这样

在引入了一个移动副的平面四杆机构中

分别取四个杆作为机架

我们就可以得到四种不同的演化形式

下面我们看一下这四种机构它的运动效果

和在实际应用中间的一些典型的案例

这是导杆机构的运动情况

两个杆是连架杆

而这个滑块变成了连杆的角色

根据两个连架杆

它的运动特性的不同

我们进一步把导杆机构分成了两种情况

一个连架杆是曲柄

另外一个连架杆是遥杆

这就构成了左侧的摆动导杆机构

而如果两个连架杆都是曲柄

都能转一圈的话

那么这个导杆机构

我们称之为转动导杆机构

这是导杆机构的一个典型的应用场景

牛头刨床

其中应用了摆动导杆机构

我们来看第二种类型

曲柄摇块机构

这是它的运动效果

这个可以看作

曲柄摇块机构的一个典型的应用案例

翻斗车

那其中的液压缸部分

缸体和活塞是两个构件

之间通过移动副连接液压缸的缸体

我们可以对应到摇块上

而活塞则是连杆的角色

车箱

就是另外一侧的连架杆

这样形成了曲柄摇块机构

我们再来看第三种

直动滑杆机构

也就是定块机构

其余的三个构件都是可以相对运动的

滑块成为了机架

这是定块机构的典型的应用

是一个抽水的机构

其中活塞与缸体之间形成移动副连接

而缸体是固定不动的

也就是这个滑块成为了机架

我们通过扳动手柄

也就是连杆

使得连杆产生运动

然后转化成活塞的直线运动

来完成

通过活塞的运动

实现抽水的这么一个动作

这是第四种结构

曲柄滑块机构

曲柄滑块机构最典型的应用就是发动机

在发动机中间

活塞是一个连架杆

也就是对应曲柄滑块机构中间的滑块

而曲柄是运动的输出

活塞被燃烧的气体驱动之后

通过连杆把运动传递给曲轴

带动曲轴实现连续的回转运动

当然我们也可以把两个曲柄滑块机构组合

组合之后

形成了一个双缸的发动机的模型

甚至可以组合更多的曲柄滑块机构

形成多缸的

我们再来看一些引入了两个移动副的

平面四杆机构右侧的这个机构

两个滑块通过移动副连接到机架上面

连杆再通过转动副连接了两个滑块

如果这个机构中我们把机架换成一号构件

那么同样的结构

就衍生出了一种新的平面四杆机构

这两个机构对应的应用示例是什么

我们来看一下

这是一号杆作为机架形成的机构

它是右侧的这个联轴器的具体的机构对应关系

而我们把机架换成三号构件之后

就形成了这样一个双滑块的机构

这个双滑块机构的典型应用

就是左侧的这个椭圆规

我们运用这个机构

可以让连杆上某一点的轨迹形成一个椭圆

所以我们称之为椭圆规

除了轮换机架之外

在应用中

我们还可以通过改变运动副

来形成一些新的结构类型

其中最典型的

就是我们通过改变运动副的尺寸

扩大它的尺寸之后

把曲柄变成了一个应用中典型的结构

偏心轮

左侧的

这是一个曲柄滑块机构

现在我们把连杆和曲柄连接的这个转动副

进行一个尺寸的改变

转动副我们知道是一个圆柱面的接触

我们把这个圆柱面的半径逐渐的增大

增大到右侧这样的结构之后

那么原来作为曲柄的这根短杆就变成了一个圆盘

而这个圆盘与机架在偏离圆心的地方形成转动副的连接

那么这个圆盘我们称之为偏心轮

我们看一下这样一个动态的变化过程

我们扩大这个转动副

当这个转动副所在的圆柱面扩大到包含了

固定的转动副之后

它就衍生出了偏心轮的结构

而在我们针对这样的机构

画它的简图的时候

我们通常反过来把偏心轮直接画成一根杆

也就是曲柄这个角色

在曲柄滑块机构中

我们也可以把曲柄

通过运动副尺寸的改变变成一个偏心轮

当然这种变化只是一个结构形式的变化

对运动的实质是没有什么影响的

好了

关于平面四杆机构的基本形式

以及演化形式的内容

我们就介绍到这里

谢谢大家

机械原理课程列表:

第一章 绪论

-1.1 概述

--1.1 概述

-1.2 课程研究的对象及内容

--1.2课程研究的对象及内容

-1.3 学习的目的和意义

--1.3学习的目的和意义

-1.4 课程学习的方法和要点

--1.4课程学习的方法和要点

-第一章 绪论--1.4 课程学习的方法和要点

第二章 平面机构的结构分析

-2.1机构结构分析

--2.1 机构结构分析

-2.2 机构的组成和分类

--2.2.1 机构的组成

--2.2.2 机构的分类

--2.2.3 运动链

-2.3机构运动简图

--2.3.1 机构运动简图

--2.3.2机构运动简图绘制

--2.3.3 机构运动简图示例

-2.4机构自由度的计算

--2.4.1机构的自由度

--2.4.2机构的自由度计算(上)

--2.4.3机构的自由度计算(下)

-2.5计算平面机构自由度时应注意事项

--2.5.1 计算平面机构自由度时应注意事项

--2.5.2局部自由度

--2.5.3虚约束

-2.6平面机构的组成原理、结构分类及结构分析

--2.6.1 平面机构的组成原理

--2.6.2 平面机构的结构分类

--2.6.3 平面机构结构分析

-2.6平面机构的组成原理、结构分类及结构分析--作业

第三章 平面机构的运动分析

-3.1机构运动分析的目的和方法

--3.1 机构运动分析的目的和方法

-3.2用瞬心法作机构的运动分析

--3.2.1速度瞬心

--3.2.2速度瞬心位置的确定

--3.2.3用瞬心法做机构的速度分析

-3.3用图解法作机构的运动分析

--3.3.1矢量方程图解法的基本原理

--3.3.2图解矢量方程的一般方法

--3.3.3图解矢量方程解法的基础(上)

--3.3.4图解矢量方程解法的基础(下)

--3.3.5不同构件重合点间运动合成(上)

--3.3.6不同构件重合点间运动合成(下)

--3.3.7矢量方程图解法分析示例(上)

--3.3.8矢量方程图解法分析示例(下)

-3.4 瞬心法和矢量方程图解法的综合应用

--3.4.1两种方法的特点

--3.4.2两种方法结合的优势

--3.4.3两种方法的综合运用

-3.4 瞬心法和矢量方程图解法的综合应用--作业

第四章 连杆机构及其设计

-4.1 平面连杆机构的特点及应用

--4.1 平面连杆机构的特点及应用

-4.2 平面四杆机构的类型和应用

--4.2.1平面四杆机构相关基本概念定义

--4.2.2平面四杆机构的基本类型

--4.2.3平面四杆机构的演化类型

-4.3平面四杆机构的一些基本知识

--4.3.1平面四杆机构有曲柄的条件

--4.3.2急回运动和行程速度变化系数

--4.3.3 四杆机构的传动角和死点(上)

--4.3.4 四杆机构的传动角和死点(下)

--4.3.5 铰链四杆机构的运动连续性

-4.4平面四杆机构的设计

--4.4.1 连杆机构设计的基本问题和方法

--4.4.2按连杆的预定位置设计四杆机构

--4.4.3 按两连架杆的预定对应位置设计(上)

--4.4.4按两连架杆的预定对应位置设计(下)

--4.4.5用作图法设计四杆机构

-4.4平面四杆机构的设计--作业

第五章 凸轮机构及其设计

-5.1 凸轮机构的应用和分类

--5.1 凸轮机构的应用和分类

-5.2 推杆的运动规律

--5.2 推杆的运动规律

-5.3 凸轮轮廓曲线设计

--5.3 凸轮轮廓曲线设计

-5.4 凸轮机构基本尺寸的确定

--5.4.1凸轮机构基本尺寸的确定(上)

--5.4.2凸轮机构基本尺寸的确定(下)

-5.4 凸轮机构基本尺寸的确定--作业

第六章 齿轮机构及其设计

-6.1 齿轮机构的特点及类型

--6.1 齿轮机构的特点及类型

-6.2 齿轮的齿廓曲线

--6.2 齿轮的齿廓曲线

-6.3 渐开线齿廓及其啮合特点

--6.3.1渐开线的形成及其特性

--6.3.2渐开线齿廓的啮合特点

-6.4 渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸

--6.4.1渐开线标准齿轮各部分的名称和尺寸

--6.4.2 齿条和内齿轮尺寸

-6.5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

--6.5.1 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动

--6.5.2 齿轮传动的中心距及啮合角

--6.5.3渐开线齿轮齿条传动的啮合特点

--6.5.4一对轮齿的啮合过程及连续传动条件

-6.6渐开线齿廓的切制原理与根切现象

--6.6.1 渐开线齿廓的切制原理(上)

--6.6.2 渐开线齿廓的切制原理(下)

--6.6.3渐开线齿廓的根切现象

--6.6.4 标准齿轮不发生根切时的最少齿数

-6.7变位齿轮概述

--6.7.1变位齿轮概述

--6.7.2变位齿轮的啮合传动

--6.7.3变位齿轮传动类型及特点

-6.8斜齿圆柱齿轮传动

--6.8.1 渐开线斜齿圆柱齿轮齿面的形成

--6.8.2 斜齿轮的基本参数与几何尺寸计算

--6.8.3一对斜齿圆柱齿轮的啮合传动

--6.8.4 斜齿轮的当量齿轮与当量齿数

--6.8.5斜齿轮传动主要的优缺点

-6.9直齿锥齿轮传动

--6.9直齿锥齿轮传动

-6.10蜗杆传动

--6.10蜗杆传动

-6.10蜗杆传动--作业

第七章 齿轮系及其设计

-7.1齿轮系及其分类

--7.1齿轮系及其分类

-7.2定轴轮系的传动比

--7.2.1 定轴轮系的传动比

--7.2.2首、末两轮转向关系的确定

-7.3周转轮系的传动比

--7.3.1周转轮系的传动比

--7.3.2周转轮系传动比计算方法

-7.4复合轮系的传动比

--7.4复合轮系的传动比

-7.5轮系的功能

--7.5.1轮系的功能 (上)

--7.5.2轮系的功能 (下)

--7.5.3轮系类型的选择

-7.5轮系的功能--作业

第八章 机械的运转及其速度波动的调节

-8.1概述

--8.1概述

-8.2 机械的运动方程式

--8.2.1 机械的运动方程式

--8.2.2等效力和等效力矩

--8.2.3等效质量和等效转动惯量

--8.2.4等效质量和等效转动惯量的例题

-8.3 稳定运转状态下的机械的周期性速度波动及其调节

--8.3.1产生周期性速度波动的原因

--8.3.2稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节

--8.3.3速度波动调节的例题

-8.3 稳定运转状态下的机械的周期性速度波动及其调节--作业

4.2.3平面四杆机构的演化类型笔记与讨论

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